0 引 言

為響應(yīng)國家節(jié)能減排及建設(shè)綠色港口的號(hào)召，大連港集裝箱碼頭有限公司已經(jīng)完成 18 臺(tái)場橋的“油改電”改造，使用受電弓作為取電裝置，在直流滑觸線上取 680 V 直流電源為“油改電”場橋在市電作業(yè)狀態(tài)下提供電源。通過近幾年的使用，油改電”場橋憑借其低能耗及低排放的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)成為碼頭內(nèi)進(jìn)行堆場作業(yè)的主力設(shè)備。但隨著時(shí)間的累積，“油改電”場橋在使用時(shí)會(huì)出現(xiàn)變電所內(nèi)直流滑觸線電源空開跳閘的故障，引起場地內(nèi)多條滑觸線斷電，造成碼頭內(nèi)堆場作業(yè)中斷。對(duì)滑觸線進(jìn)行恢復(fù)供電操作時(shí)，需要排查出故障場橋。

但由于跳閘滑觸線區(qū)域工作場橋較多，且造成滑觸線跳閘的原因也較多，使得此項(xiàng)排查工作耗時(shí)長，嚴(yán)重影響場地內(nèi)作業(yè)，尤其是影響重點(diǎn)船舶作業(yè)時(shí)的作業(yè)效率。

1 需解決問題

為防止滑觸線發(fā)生跳閘故障，并且在發(fā)生滑觸線跳閘故障后，縮短恢復(fù)滑觸線區(qū)域內(nèi)場橋作業(yè)的時(shí)間，應(yīng)從解決場橋設(shè)備缺陷，防止滑觸線跳閘故障的發(fā)生和當(dāng)滑觸線跳閘故障發(fā)生后快速恢復(fù)滑觸線區(qū)域作業(yè)方面，解決滑觸線跳閘問題，降低其他原因造成滑觸線跳閘后對(duì)碼頭作業(yè)效率的影響。

2 場橋缺陷造成滑觸線跳閘

2.1 原因分析

對(duì)為滑觸線供電的變電所內(nèi)電源柜進(jìn)行研究分析，在為滑觸線供電的變電所的電源開關(guān)柜內(nèi)安裝過壓保護(hù)器，并將其觸點(diǎn)串入開關(guān)柜主電源開關(guān)的跳閘線圈，以便主電源開關(guān)在滑觸線出現(xiàn)過壓故障時(shí)可以及時(shí)跳閘，保護(hù)用電設(shè)備的安全。因此，造成電源開關(guān)跳閘的原因主要有 2 點(diǎn)：一是當(dāng)受電弓正極或負(fù)極電纜對(duì)地絕緣阻值接近 0 Ω 時(shí)，過壓保護(hù)器監(jiān)測(cè)的正負(fù)極單相電壓會(huì)快速升高，當(dāng)超過過壓保護(hù)器設(shè)定的安全值后，觸發(fā)過壓保護(hù)器動(dòng)作，主電源開關(guān)跳閘線圈得電，引起主電源開關(guān)跳閘；二是滑觸線地線在變電所內(nèi)作為檢測(cè)滑觸線正負(fù)極電壓過欠壓中性點(diǎn)使用，若地線內(nèi)串入交流電流，會(huì)導(dǎo)致滑觸線

斷電故障。

結(jié)合滑觸線供電電源空開跳閘原理，并對(duì)故障過程復(fù)盤，檢測(cè)發(fā)生跳閘故障時(shí)故障滑觸線內(nèi)作業(yè)場橋絕緣情況、場橋接地裝置后，發(fā)現(xiàn)因場橋缺陷造成滑觸線跳閘的原因主要有以下3 點(diǎn)：

（1）受電弓電纜絕緣層損壞。受電弓接線鼻根部內(nèi)層電纜在初次做線頭時(shí)劃口過深，使內(nèi)層電纜絕緣層被劃破，導(dǎo)致電纜內(nèi)屏蔽層鋼絲網(wǎng)通過劃口進(jìn)入電纜芯，引起受電弓負(fù)極線路絕緣降低，造成滑觸線發(fā)生短路跳閘故障。

（2）受電弓取電臂上的電纜安裝方式不合理。電纜彎曲半徑不足，導(dǎo)致受電弓在進(jìn)行收、放操作及在滑觸線上水平移動(dòng)時(shí)，電纜接頭與電纜連接位置受力過大，造成電纜內(nèi)電芯斷裂。斷裂電芯與電纜接地屏蔽層接觸，導(dǎo)致變電所內(nèi)滑觸線電源空開跳閘。

（3）場橋漏電。經(jīng)“油改電”后場橋輔助變壓器輸出端零點(diǎn)與滑觸線地線相連。當(dāng)場橋上用電設(shè)備出現(xiàn)漏電情況時(shí)，場橋零線內(nèi)產(chǎn)生電流，交流電流經(jīng)交流側(cè)地線串入直流側(cè)地線，造成變電所內(nèi)檢測(cè)裝置動(dòng)作，引起滑觸線電源空開跳閘。

2.2 解決方案

針對(duì)場橋存在的引起滑觸線跳閘問題進(jìn)行改造，解決場橋缺陷造成滑觸線跳閘故障。

2.2.1 受電弓電纜接線整改

將電纜外層絕緣層延長剝?nèi)?2 cm，并將外漏屏蔽層全部清理后，使用高壓電布及塑料電布對(duì)其做絕緣處理，并使用搖表測(cè)量其對(duì)地絕緣阻值，直至其為正常值，以保證受電弓電纜絕緣阻值符合設(shè)備作業(yè)要求。

2.2.2 受電弓取電臂電纜改造

受電弓電纜在初次安裝時(shí)，若安裝方式不合理，電纜彎曲半徑不夠，會(huì)引起受電弓接頭發(fā)生斷裂。若要將電纜彎曲半徑增大，需要重新對(duì)電纜進(jìn)行鋪設(shè)。同時(shí)，由于預(yù)留電纜長度不夠，部分電纜經(jīng)更換受電弓接頭后，電纜長度變短，若要使電纜彎曲半徑滿足工作需求，需要對(duì)部分電纜進(jìn)行更換。由于受電弓電纜為拖鏈?zhǔn)褂玫钠帘涡蛣?dòng)力電纜，價(jià)格較高，若大量更換，成本較高。因此，為滿足目前電纜長度，重新對(duì)受電弓取電裝置安裝方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。優(yōu)化后的受電弓接線見圖 1。新安裝方式能夠減少電纜接頭受力，避免接頭處電纜電芯斷裂后與屏蔽地線接觸后發(fā)生跳閘故障。同時(shí)，由于無需對(duì)電纜進(jìn)行更換，能夠節(jié)約大量的人工及電纜更換的費(fèi)用成本。

2.2.3 增加漏電保護(hù)裝置

在場橋輔助變壓器輸出側(cè)零線與地線之間串入接地電阻，并在接地電阻與地線之間接入電流檢測(cè)繼電器。當(dāng)電流檢測(cè)繼電器檢測(cè)到線路內(nèi)漏電時(shí)，觸發(fā)繼電器動(dòng)作，繼電器觸點(diǎn)串入控制程序后，控制輔助變壓器輸出電源空開跳閘，確保零線內(nèi)交流電流不會(huì)串入至直流地線內(nèi)，避免滑觸線跳閘。增加保護(hù)繼電器的圖紙見圖 2，控制跳閘的圖紙見圖 3。

3 跳閘后滑觸線恢復(fù)作業(yè)時(shí)間過長

3.1 原因分析

碼頭滑觸線供電場橋使用柴油機(jī)或鋰電池供電時(shí)，在手動(dòng)糾偏行駛場橋的情況下，場橋大車兩側(cè)激光測(cè)距限位因工況原因被屏蔽，導(dǎo)致在手動(dòng)糾偏行駛場橋情況下場橋與滑觸線無防撞保護(hù)。雖然在使用自動(dòng)糾偏行駛大車時(shí)，自動(dòng)糾偏功能具備的大車防撞功能可為場橋與滑觸線發(fā)生碰撞提供防撞保護(hù)，但在場橋跑偏情況下，自動(dòng)糾偏功能會(huì)短暫失效，此時(shí)仍需要使用手動(dòng)糾偏功能將場橋調(diào)整后，再恢復(fù)自動(dòng)糾偏功能。但在使用手動(dòng)糾偏進(jìn)行場橋調(diào)整過程中，場橋與滑觸線無防撞保護(hù)。

基于以上原因，場橋在使用柴油機(jī)或鋰電池供電情況下，當(dāng)使用手動(dòng)糾偏行駛大車時(shí)，場橋與滑觸線無防撞保護(hù)，存在較大安全隱患。因此，目前碼頭規(guī)定場橋在使用柴油機(jī)或鋰電池供電時(shí)，禁止進(jìn)入滑觸線區(qū)域行駛大車，導(dǎo)致當(dāng)滑觸線因故障原因停止供電時(shí)，場橋無法在滑觸線街區(qū)行駛大車，造成滑觸線故障區(qū)域停止作業(yè)，嚴(yán)重影響作業(yè)效率。

3.2 解決方案

為解決滑觸線發(fā)生跳閘故障后場橋無法在滑觸線區(qū)域安全行駛大車并進(jìn)行作業(yè)的問題，對(duì)場橋的運(yùn)行工況進(jìn)行優(yōu)化，主要在硬件和軟件方面進(jìn)行改造。在場橋大車海、陸側(cè)大車轉(zhuǎn)場操作站分別增加“正常 / 應(yīng)急”開關(guān)：在場橋正常工作時(shí)，此開關(guān)選擇在“正?！蔽恢?，視為正常模式；在場橋需要使用柴油機(jī)或鋰電池在滑觸線內(nèi)行駛大車時(shí)，此開關(guān)選擇至“應(yīng)急”位置，視為應(yīng)急模式，恢復(fù)此側(cè)的激光測(cè)距限位，實(shí)現(xiàn)場橋與滑觸線的防撞功能。

3.2.1 硬件改造

為節(jié)省改造成本，將大車轉(zhuǎn)場操作站內(nèi)使用率極低的“大車定位銷鎖銷”開關(guān)改為“正常 / 應(yīng)急”開關(guān)。同時(shí)，在進(jìn)行定位銷鎖銷操作時(shí)，改造后對(duì)其原功能無影響，仍可正常使用。

3.2.2 軟件改造

（1）將海、陸側(cè)大車操作站定位銷鎖銷常閉點(diǎn)加入海、陸側(cè)激光限位減速檢測(cè)程序中，同時(shí)增加大車減速條件程序段，當(dāng)場橋與滑觸線距離過近或過遠(yuǎn)時(shí)，實(shí)現(xiàn)大車減速運(yùn)行。改造后的大車激光限位減速程序截圖見圖 4，新增的大車減速程序段截圖見圖 5。

（2）將海、陸側(cè)大車操作站定位銷鎖銷常開點(diǎn)串入大車左右運(yùn)行允許程序中，使場橋在應(yīng)急模式時(shí)，場橋與滑觸線防撞功能有效。改造后的大車左運(yùn)行允許程序截圖見圖 6，改造后的大車右運(yùn)行允許程序截圖見圖 7。

4 效益分析

通過優(yōu)化改造，避免受電弓電纜因出廠設(shè)計(jì)及施工工藝缺陷而導(dǎo)致更換。同時(shí)，有效減少因場橋缺陷造成的滑觸線跳閘故障的發(fā)生，并可保證若滑觸線出現(xiàn)跳閘故障，恢復(fù)滑觸線區(qū)域作業(yè)的時(shí)間大幅縮短。

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

據(jù)統(tǒng)計(jì)，若未按照新方法進(jìn)行受電弓電纜改造，港口每年約有 20 根電纜因長度不足需要更換。以單根電纜長度為 6 m、電纜單價(jià)約為 200 元 /m計(jì)算，可節(jié)省電纜更換費(fèi)用 24 000 元。

4.2 提高碼頭作業(yè)效率

改造后，未出現(xiàn)因場橋缺陷造成的滑觸線跳閘故障，有效解決因滑觸線跳閘故障后，故障滑觸線區(qū)域無法進(jìn)行作業(yè)對(duì)碼頭作業(yè)效率造成影響。同時(shí)，當(dāng)出現(xiàn)非場橋原因造成的滑觸線跳閘故障時(shí)，可迅速恢復(fù)滑觸線內(nèi)場橋作業(yè)，進(jìn)一步減少滑觸線跳閘對(duì)碼頭作業(yè)的影響。